基于航天電子產(chǎn)品批生產(chǎn)能力提升的產(chǎn)品測試工藝優(yōu)化的實踐

黃羽童、鄭穎、王妍、馬越、申宏晨 /北京航天長征飛行器研究所

當前，航天軍工產(chǎn)品批產(chǎn)業(yè)務量增長，產(chǎn)品交付數(shù)量創(chuàng)歷史新高，型號高強密度研制、高強密度發(fā)射、高強密度交付已成為科研生產(chǎn)的新常態(tài)，航天產(chǎn)品“高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務、高效益推動航天強國和國防建設”的轉變是加快建設航天強國和建設世界一流軍隊的必由之路。

面對航天產(chǎn)品批產(chǎn)任務量增長與資源保障日益激化的矛盾，工藝人員需要主動作為，以提升工藝能力為牽引，用技術功底改進產(chǎn)品生產(chǎn)測試流程，優(yōu)化批產(chǎn)產(chǎn)品工藝管理模式，達到流程規(guī)模最小化、有限資源得釋放、交付壓力再減輕的目的。目前航天批生產(chǎn)電子產(chǎn)品的測試流程工藝能力仍有以下3個方面的提升空間：

一是系統(tǒng)化能力。批產(chǎn)產(chǎn)品各類測試的目的是檢測產(chǎn)品工藝、材料與元器件的缺陷。產(chǎn)品分級檢驗應遵循前項覆蓋后項的原則，后項測試項目主要針對由后續(xù)工序工步引入的新風險進行檢查。這樣既可減少重復，也可將產(chǎn)品生產(chǎn)風險控制在更前端。系統(tǒng)化思維的不足易造成產(chǎn)品測試冗余且測試針對性不足等問題。

二是工程化能力。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，設計師往往關注設計方案的先進性，重視產(chǎn)品最后環(huán)節(jié)性能指標是否滿足設計要求，工藝作為連接設計和生產(chǎn)操作的橋梁，是產(chǎn)品從圖紙到實物的工程化實現(xiàn)過程，工藝人員需要結合現(xiàn)有生產(chǎn)能力，在確保滿足設計需求的前提下，盡可能便于產(chǎn)品生產(chǎn)測試，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)測試流程。

三是類比歸納能力。航天電子產(chǎn)品型號繁多，由于產(chǎn)品的任務需求不同，在產(chǎn)品結構、材料、元器件選型、測試項目等縱向指標具有各自的特點，但站在產(chǎn)品生產(chǎn)的角度看，可以對產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的各個工序工步進行橫向類比和歸納。以產(chǎn)品測試工藝為例，產(chǎn)品測試項目、測試接口和測試信號等方面類比和歸納的實踐經(jīng)驗有限，共性通用設備、特性專用設備的選用和設計能力有待提升。

一、 工作與實踐

1.整體思路

吃透技術是形成可落實、可操作管理模式的前提。優(yōu)化產(chǎn)品測試流程的核心是通過技術功底優(yōu)化流程，從技術源頭探索優(yōu)化方法，通過技術升級設計產(chǎn)品測試工具、通過技術手段提升產(chǎn)品測試能力，在滿足設計要求的前提下盡可能整合測試項目、優(yōu)化測試流程，設計或引進先進測試設備，達到最終壓縮測試時間、釋放有限資源的目的。

典型的航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程如圖1 所示。以現(xiàn)階段航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝能力為基線，對整個產(chǎn)品生產(chǎn)流程進行再梳理和再分析，對于以SMT為主導的印制板電裝和分組分批滾動生產(chǎn)的整機電裝流程，可以優(yōu)化、壓縮的空間較小。航天電子產(chǎn)品的測試環(huán)節(jié)主要涉及2 個工序：一是整機裝配前的印制板單板調(diào)試工序，二是整機裝配后的整機測試工序。這兩道工序測試環(huán)節(jié)復雜、測試時間較長，占用整個產(chǎn)品生產(chǎn)周期的近1/3 時間，且在后續(xù)產(chǎn)品交收試驗和例行試驗過程中仍會涉及產(chǎn)品整機測試的環(huán)節(jié)。

圖1 典型航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程圖

因此筆者針對印制板單板調(diào)試和產(chǎn)品整機測試，制定具體的測試流程優(yōu)化方案。測試流程優(yōu)化的總方針為提升以測試項目整合為代表的歸納軟能力和以工裝設計為代表的硬件設計能力。

二、具體方案

1.單板調(diào)試優(yōu)化

單板調(diào)試的目的主要在于檢查印制電路板的制作、焊接以及元器件參數(shù)，通過單板調(diào)試得到印制電路板組件的電氣性能指標，從而檢查和驗證印制板組件硬件的完好性和產(chǎn)品生產(chǎn)的正確性。針對批產(chǎn)產(chǎn)品單板調(diào)試工作，流程優(yōu)化思路主要有以下2 點：

一是整合測試項目。設計方提供的單板調(diào)試細則多從產(chǎn)品電路設計角度出發(fā)，以實現(xiàn)產(chǎn)品電氣功能為出發(fā)點，產(chǎn)品測試項目以功能為出發(fā)點縱向設計，如常見的測試項目有數(shù)模電路測試、模數(shù)電路測試、時鐘電路測試、TTL 電路測試、鎖相環(huán)電路測試等。但在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，操作人員不需要了解電路設計的功能，只需要明確測試點、測量工具、測試方法以及測量結果判讀。以測試產(chǎn)品功能為出發(fā)點的縱向測試項目往往需要使用多種工具測量物理樣，完整的一遍單板測試流程會涉及多次測試工具甚至測試工位的變化，頻繁的替換也會增加操作人員接線錯誤、測試點誤觸甚至工具混用的風險。因此，對單板調(diào)試項目進行歸納和整合可以達到提升產(chǎn)品單板調(diào)試效率的目的。

工藝人員需要主動歸納測試項目和測試點，吃透產(chǎn)品設計意圖，將以功能為出發(fā)點的縱向設計輸入歸納整合為適應操作測試的橫向測試流程。以上述常見測試項目為例，測試項目大多可分為阻抗測試、電壓測量和信號測量3 類，從便于生產(chǎn)測試的角度對測試項目進行重新整合，測試項目歸納情況見表1。

表1 單板調(diào)試測試項目歸納

二是設計單板調(diào)試工裝。合理地使用和設計工裝可以提升產(chǎn)品的測試效率。因不同產(chǎn)品印制板大小、測試點、測試項目具有差異，針對印制板組件單板的調(diào)試工裝可以依據(jù)特性進行定制。

單板調(diào)試工裝使用防靜電面板和復合材料結構組成整體框架，工裝底部可接線至產(chǎn)品測試點，頂部安裝快速夾具，工裝測試針床裝有彈性組件，方便產(chǎn)品測試點快速插拔并保護產(chǎn)品焊盤。

2.整機測試優(yōu)化

整機測試項目設計優(yōu)化的目標是全面且最簡，使用自動化代替人工。在保證整機測試項目對整機功能、性能指標全面覆蓋、全面檢查的前提下，保證建立的測試參數(shù)集合最簡，減少重復測試、冗余測試項目。對于單板調(diào)試后裝配成整機的電子產(chǎn)品，整機測試的目的主要在于檢查產(chǎn)品內(nèi)部線束連接、各印制電路板及模塊之間匹配的正確性。針對批產(chǎn)產(chǎn)品整機工作，流程優(yōu)化思路主要有以下2 點。

一是優(yōu)化測試項目。整機測試作為單機產(chǎn)品的整體檢驗項目，測試綜合性強，在設計階段應遵循測試項目全覆蓋的原則，注意產(chǎn)品測試項目前項覆蓋后項?，F(xiàn)階段某些單機產(chǎn)品為實現(xiàn)檢驗產(chǎn)品的全部功能與性能，需要與系統(tǒng)內(nèi)其他單機產(chǎn)品聯(lián)合測試，單機產(chǎn)品見面握手滯后，故障暴露較晚，影響產(chǎn)品故障的及時發(fā)現(xiàn)。以系統(tǒng)化和工程化思維對產(chǎn)品測試環(huán)節(jié)進行工藝性審核，了解產(chǎn)品各環(huán)節(jié)測試目的和測試意義，對產(chǎn)品整機測試未覆蓋的項目進行識別并制定相應工藝檢驗、工藝保證措施，對單機與聯(lián)合測試項目中的非必要重復測試項目進行檢查與刪減。通過對整機測試項目的優(yōu)化，既保證了產(chǎn)品測試覆蓋性，使故障問題盡早暴露，又減少了產(chǎn)品重復測試、冗余測試項目，提升了產(chǎn)品測試效率。

二是設計自動化測試設備。航天電子產(chǎn)品整機測試具備技術復雜度高、測試指標多以及測試精度苛刻等特點，傳統(tǒng)產(chǎn)品的測試主要采取人為連線、測試以及判讀的方式，易造成單臺產(chǎn)品測試時間過長、反復操作出錯、設備多、接線亂等問題，難以滿足現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)的需要。針對上述人為測試帶來的問題，本項目開發(fā)了一套通用自動化測試設備，運用射頻開關矩陣將常用測試儀器（矢量網(wǎng)絡分析儀、頻譜儀、信號源、數(shù)控電源等）集成在通用機柜中，實現(xiàn)了自動轉換測試儀器、一鍵自動化測試、自動采集記錄數(shù)據(jù)、后期數(shù)據(jù)分析等功能。

通過工控機實現(xiàn)電源、雷達信號源、頻譜儀等儀器的高速率控制與數(shù)據(jù)采集，滿足射頻類產(chǎn)品測試過程中的儀器控制與數(shù)據(jù)讀取需求。測試機柜具備指定頻段內(nèi)被測件的幅頻特性的自動測試及測試數(shù)據(jù)記錄功能，產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)以結構化的格式保存至工控機，測試數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫可以進行數(shù)據(jù)查詢及轉化EXCEL 形式，便于實現(xiàn)后續(xù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)包絡分析等功能。自動測試平臺結構簡單、可靠，包含手動伸縮折疊式承重平臺，使用時可以拉到相應位置后鎖定，用于承載被測產(chǎn)品，便于產(chǎn)品測試。

三、實踐效果

1.具體案例實踐成果

微波與數(shù)字處理器是一種典型的航天電子產(chǎn)品，產(chǎn)品電路設計復雜、生產(chǎn)集成度較高、測試項目繁多且同時涉及低頻信號與高頻信號的測量。

針對微波與數(shù)字處理器在單板調(diào)試和整機測試過程中測試時間長的薄弱環(huán)節(jié)通過單板整合測試項目可以減少多次變換測量工具環(huán)節(jié)的重復，降低操作風險，縮短測試周期；通過使用單板調(diào)試工裝可以減少測試孔重復焊接風險，保護產(chǎn)品焊盤與測試點質(zhì)量，快速插拔的設計減少測試工作量，縮短單板測試周期；整機優(yōu)化測試項目減少了重復或疊加，在保證測試覆蓋性的前提下將測試項目最小化、測試流程易操作化，縮短測試周期；整機測試使用自動化測試設備，實現(xiàn)了1 臺自動化測試設備同時測試6 臺電子產(chǎn)品，提升了單臺產(chǎn)品的測試效率，節(jié)省了試驗資源，降低了測試難度，減少了人為操作風險。流程優(yōu)化前后具體項目的對比如表2 所示。

根據(jù)表2 可知，經(jīng)測試流程優(yōu)化，單臺微波與數(shù)字處理器可節(jié)省13h，效率提升65%，達到縮短產(chǎn)品測試周期的目標。

表2 流程優(yōu)化前后具體項目對比表

2.工藝管理優(yōu)化提升

產(chǎn)品批生產(chǎn)測試流程的優(yōu)化可以明顯提升生產(chǎn)效率，這表明工藝的提前可以對生產(chǎn)測試過程中存在的風險進行提前識別，并對可以優(yōu)化的項目開展專項攻關，以實現(xiàn)產(chǎn)品的工程化、可實現(xiàn)性和工藝經(jīng)濟性，達到批產(chǎn)產(chǎn)品降本增效的目的。本次實踐的工作流程如圖2 所示。

圖2 工作流程圖

該實踐方法和管理流程可以推廣至其他同類型電子產(chǎn)品的生產(chǎn)測試過程中，通過流程優(yōu)化持續(xù)提升批生產(chǎn)能力，提高批生產(chǎn)管理效率。

四、后續(xù)思路

通過本次基于航天電子產(chǎn)品工藝能力提升的產(chǎn)品批產(chǎn)測試流程優(yōu)化的實踐，產(chǎn)品生產(chǎn)效率得到提升，并形成了可推廣、可落實的工藝管理方案，優(yōu)化效果顯著。以本次實踐為依托，為更好地完成后續(xù)科研生產(chǎn)任務，將從以下3 個方面開展工作：

一是面向產(chǎn)品。工藝人員提前參與到產(chǎn)品設計與生產(chǎn)流程規(guī)劃當中，運用工藝技術知識對生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能遇到的風險提前進行識別，將產(chǎn)品生產(chǎn)工藝性、工程化工作前置，結合產(chǎn)品設計目的、可實現(xiàn)性和工藝經(jīng)濟型進行提前審核，從生產(chǎn)角度整理歸納測試項目、設計選用合理工裝，提升針對產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝能力，進而滿足航天產(chǎn)品高效率精益發(fā)展的需求。

二是面向流程。做好流程梳理工作，提升工藝管理效能。生產(chǎn)管理流程的優(yōu)化促使工藝人員不斷思考和探索，運用工藝管理能力逐步提升原有科研生產(chǎn)模式，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、設計指標的前提下，將節(jié)約生產(chǎn)資源、降低操作風險、減少人力投入、便于操作落實、適應現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境等管理要素用于工藝流程的頂層設計中。

三是面向組織。生產(chǎn)單位主動作為，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率由產(chǎn)品設計、工藝、操作共同決定，面對生產(chǎn)任務不斷增加的新形勢，生產(chǎn)部門需要眼睛向內(nèi)、主動作為、提前部署，建立流程優(yōu)化導向，掌握戰(zhàn)略主動，破解生產(chǎn)部門“上游輸入遲遲不定、下游輸出后墻不倒”的被動局面。

結合當前航天軍工電子產(chǎn)品批產(chǎn)業(yè)務量增長、產(chǎn)品高密度交付的新常態(tài)，工藝人員需要通過綜合分析批生產(chǎn)產(chǎn)品特點，運用工藝技術與工藝管理能力，及時發(fā)現(xiàn)、協(xié)調(diào)并解決問題，提出科學、有效、可落實的管理方案，推動批生產(chǎn)工作有序運行，提升組織生產(chǎn)保障能力?！?/p>